植物根相關細菌優先定殖於它們的原生宿主植物根

來自馬克斯普朗克植物育種研究所和丹麥奧胡斯大學的一個國際研究小組發現，植物微生物群中的細菌適應了它們的宿主物種。

在一項新發表的研究中，他們展示了與根相關的細菌在殖民原生宿主時如何具有競爭優勢，這使它們能夠侵入已經建立的微生物群。

植物，包括水稻和小麥等作物，透過根部獲取必需的礦質養分和水分，使其成為植物與土壤環境之間的重要介面。

陸地植物的根與廣泛的微生物（包括細菌）相關聯，這些微生物從周圍的土壤中招募並組裝成稱為根微生物群的結構化群落。

這些微生物群落由植物宿主維持，植物宿主為它們提供養分，主要以根部分泌的有機碳化合物的形式。

反過來，這些共生細菌介導了對植物宿主有益的多個過程，例如提供對病原體的防禦、改善土壤中的養分動員以及對生長產生積極影響。

鑑於它們對植物健康的重要性，根系微生物群的研究已發展成為一個有前途的研究領域，旨在瞭解這些相互作用是如何發生的，並最終有助於提高作物的產量和恢復力。

雖然眾所周知，植物透過它們的根將多種小分子分泌到土壤中，這些小分子充當土壤細菌亞群定植根的化學引誘劑，但宿主進行的主動選擇的程度以及根相關的程度微生物群落適應特定植物物種的情況在很大程度上仍然未知。

在《

自然微生物

學》上發表的一項新研究中

來自德國科隆 MPIPZ 植物微生物相互作用系和丹麥奧爾胡斯大學的一組研究人員旨在更深入地瞭解這些複雜的多物種相互作用。

作為這項探索的第一步，他們從模型豆科植物 Lotus japonicus 中建立了一個全面的根源細菌集合，其中一小部分是共生細菌，可以固定大氣中的氮以促進植物生長。

連同來自模型十字花科植物擬南芥根部的已經建立的培養物收藏，合成微生物群落 （SynComs） 旨在探索不同植物物種的微生物群落組裝。

儘管這兩種植物的細菌群落相似，但研究人員觀察到這些細菌明顯傾向於在其原生宿主中定殖。

與最初從其他宿主分離的細菌相比，這種偏好是由多種細菌物種在殖民其起源宿主時表現出的更高競爭力所介導的。

引人注目的是，宿主偏好僅在不同微生物相互競爭的群落環境中觀察到，但在沒有競爭的情況下允許單個細菌物種在植物根部定殖時則觀察不到。

當與不同的合成群落相互作用時，對兩種植物物種的基因表達的分析進一步表明，該過程至少部分是由宿主驅動的。

有趣的是，天然和非天然 SynComs 的根定植展示了許多眾所周知的植物免疫調節劑的對比基因表達譜。

基於這一觀察結果，作者隨後假設本地菌株在透過形成物種特異性宿主生態位而定殖其相應宿主植物的根部時具有競爭優勢。

為了檢驗這個假設，

科學家們進行了一系列複雜的實驗，其中允許來自不同宿主物種的 SynComs 侵入宿主和非宿主植物中已經建立的根相關細菌群落。

他們的結果表明，本地 SynComs 在入侵宿主植物中已經建立的微生物群時具有競爭優勢，這表明共生細菌對其本地植物物種的適應會導致入侵性和永續性增加。

引用該研究的第一作者 Kathrin Wippel 的話：“我們驚訝地發現，原生和非原生 SynComs 的根部定植導致植物根部的差異轉錄重程式設計，這可能有助於形成原生共生細菌的特定根位生態位。這些發現表明，不同的土壤居住細菌與特定的寄主植物相關並更喜歡這種植物，類似於病原體或植物的有益共生體。”

這些發現可能對農業產生有意義的影響，因為它們強調了不同細菌之間競爭力的重要性以及宿主偏好對成功根系定植的影響。